Поділитися:
Гідроксидні властивості, номенклатура та приклади
The гідроксиди є неорганічними і потрійними сполуками, які складаються з взаємодії між катіоном металу і функціональною групою OH (гідроксидний аніон, OH)-). Більшість з них мають іонний характер, хоча вони також можуть мати ковалентні зв'язки.
Наприклад, гідроксид може бути представлений як електростатичне взаємодія між М катіоном+ і аніон OH-, або як ковалентний зв'язок через зв'язок M-OH (нижнє зображення). У першому задається іонний зв'язок, а у другому - ковалентний зв'язок. Цей факт істотно залежить від металу або катіона M+, а також її заряд і іонний радіус.
Оскільки більшість з них походять з металів, це еквівалентно згадці про них як про гідроксиди металів.
Індекс
- 1 Як вони формуються?
- 2 Властивості гідроксидів
- 2.1 Аніон ОН-
- 2.2 Іонний і основний характер
- 2.3 Періодична тенденція
- 2.4 Амфотерізм
- 2.5 Структури
- 2.6 Реакція дегідратації
- 3 Номенклатура
- 3.1 Традиційний
- 3.2 Запас
- 3.3 Систематика
- 4 Приклади гідроксидів
- 5 Посилання
Як вони формуються?
Існують два основні синтетичні шляхи: шляхом взаємодії відповідного оксиду з водою або з сильним підставою в кислому середовищі:
MO + H2O => M (OH)2
MO + H+ + OH- => M (OH)2
Тільки ті оксиди металів, розчинні у воді, безпосередньо реагують на утворення гідроксиду (перше хімічне рівняння). Інші нерозчинні і вимагають кислих видів, які вивільняють М+, який потім взаємодіє з OH- з сильних основ (друге хімічне рівняння).
Однак зазначені сильні основи являють собою гідроксиди металів NaOH, KOH та інші групи лужних металів (LiOH, RbOH, CsOH). Це іонні сполуки, добре розчинні у воді, отже, їх OH- вільні для участі в хімічних реакціях.
З іншого боку, існують гідроксиди металів, які є нерозчинними і тому є дуже слабкими. Навіть деякі з них є кислими, як у випадку з телуриновою кислотою, Te (OH)6.
Гідроксид встановлює баланс розчинності з розчинником навколо нього. Якщо це вода, наприклад, то баланс виражається наступним чином:
M (OH)2 <=> М2+(ac) + OH-(ac)
Де (ac) означає, що середовище є водним. Коли тверда речовина нерозчинна, концентрація розчиненого OH є невеликою або незначною. З цієї причини нерозчинні гідроксиди металів не можуть генерувати розчини як основні, так і розчинів NaOH.
З вищевикладеного можна зробити висновок, що гідроксиди проявляють дуже різні властивості, пов'язані з хімічною структурою і взаємодіями між металом і OH. Таким чином, хоча багато з них є іонними, з різноманітними кристалічними структурами, інші, з іншого боку, представляють складні і невпорядковані полімерні структури.
Властивості гідроксидів
Аніон OH-
Гідроксильний іон являє собою атом кисню, ковалентно приєднаний до водню. Таким чином, це можна легко представити як OH-. Негативний заряд розташовується на кисні, роблячи цей аніон донором електронів: базою.
Якщо OH- дарує свої електрони водневі, утворюється молекула Н2О. Ви також можете пожертвувати свої електрони позитивно зарядженим видам: як металеві центри М+. Таким чином, координаційний комплекс утворюється через доносну ланку М-ОН (кисень сприяє парі електронів).
Однак, щоб це сталося, кисень повинен бути здатний ефективно координувати роботу з металом, інакше взаємодії між M і OH матимуть виражений іонний характер (M).+ OH-). Оскільки гідроксильний іон є однаковим у всіх гідроксидах, різниця між ними полягає в катіоні, що супроводжує його.
Крім того, оскільки цей катіон може надходити з будь-якого металу в періодичній таблиці (групи 1, 2, 13, 14, 15, 16 або з перехідних металів), властивості таких гідроксидів істотно відрізняються, хоча всі вони розглядаються загальні деякі аспекти.
Іонний і основний характер
У гідроксидах, хоча вони мають координаційні зв'язки, вони мають латентний іонний характер. У деяких, наприклад, NaOH, його іони є частиною кристалічної мережі, утвореної катіонами Na.+ і аніони OH- у пропорціях 1: 1; тобто для кожного Na іона+ є іон OH- контрагент.
Залежно від завантаження металу, буде більше або менше OH аніонів- навколо нього. Наприклад, для металевого катіона М2+ буде два іони OH- взаємодіючи з ним: M (OH)2, що викладено як HO- М2+ OH-. Так само відбувається з металами М3+ з іншими позитивними зарядами (хоча вони рідко перевищують 3+).
Цей іонний характер відповідає за багато фізичних властивостей, таких як точки плавлення і кипіння. Вони високі, що відображає електростатичні сили, які працюють в межах кристалічної решітки. Крім того, коли гідроксиди розчиняються або розплавляються, вони можуть проводити електричний струм через рухливість їх іонів.
Однак не всі гідроксиди мають однакові кристалічні мережі. Ті, у кого є найбільш стабільні, рідше розчиняються в полярних розчинниках, таких як вода. Як правило, чим більше розрізняють іонні радіуси M+ і OH-, більш розчинним буде те ж саме.
Періодична тенденція
Вищенаведене пояснює, чому розчинність гідроксидів лужних металів зростає по мірі того, як група спускається. Таким чином, зростання порядку розчинності у воді для них є наступним: LiOH OH- є малим аніоном, і як катіон стає більш об'ємним, кристалічна решітка енергетично слабшає. З іншого боку, лужноземельні метали утворюють менш розчинні гідроксиди завдяки їх більш високим позитивним зарядам. Це пояснюється тим, що М2+ Він сильніше притягує ОХ- порівняно з М+. Подібним чином, його катіони менші, а отже, менш нерівні за розміром по відношенню до OH-. Результатом цього є експериментальне підтвердження того, що NaOH є набагато більш основним, ніж Ca (OH)2. Такі ж міркування можуть бути застосовані для інших гідроксидів, або для перехідних металів, або для таких металів p-блоку (Al, Pb, Te тощо).. Також менший і більший іонний радіус і позитивний заряд М+, іонний характер гідроксиду буде нижчим, іншими словами, ті з дуже високою щільністю навантаження. Прикладом цього є гідроксид берилію, Be (OH)2. The Be2+ Це дуже малий катіон і його двовалентний заряд робить його електрично дуже щільним. Гідроксиди M (OH) \ t2 вони реагують з кислотами, утворюючи аквакомплекс, тобто М+ Вона закінчується в оточенні молекул води. Однак існує обмежена кількість гідроксидів, які також можуть реагувати з основами. Це те, що відомо як амфотерні гідроксиди. Амфотерні гідроксиди реагують як з кислотами, так і з основами. Другу ситуацію можна представити наступним хімічним рівнянням: M (OH)2 + OH- => M (OH)3- Але як визначити, чи є гідроксид амфотерним? Через простий лабораторний експеримент. Оскільки багато гідроксидів металів є нерозчинними у воді, додавання сильного підстави до розчину з іонами М+ розчинений, наприклад, Al3+, буде осаджуватися відповідний гідроксид: Al3+(ac) + 3OH-(ac) => Al (OH)3s Але має надлишок ОН- гідроксид продовжує реагувати: Al (OH)3(s) + OH- => Al (OH)4-(ac) Внаслідок цього новий негативно заряджений комплекс сольватируется оточуючими молекулами води, розчиняючи білу тверду речовину гідроксиду алюмінію. Ці гідроксиди, які залишаються незмінними з додаванням додаткової основи, не ведуть себе як кислоти і, отже, не є амфотерними. Гідроксиди можуть мати кристалічні структури, аналогічні структурам багатьох солей або оксидів; деякі прості, а інші дуже складні. Крім того, ті, де відбувається зменшення іонного характеру, можуть представляти металеві центри, з'єднані кисневими мостами (HOM-O-MOH). У рішенні структури різні. Хоча для дуже розчинних гідроксидів досить вважати їх іонами, розчиненими у воді, для інших необхідно враховувати координаційну хімію \ t. Таким чином, кожен катіон М+ Він може координуватися з обмеженою кількістю видів. Чим він більш об'ємний, тим більше число молекул води або OH- пов'язані з ним. Звідси відомий октаедр координації багатьох металів, розчинених у воді (або в будь-якому іншому розчиннику): M (OH2)6+n, будучи n рівним позитивному заряду металу. Cr (OH)3, Наприклад, він дійсно утворює октаедр. Як? Розглядаючи з'єднання як [Cr (OH2)3(OH)3], з яких три молекули води замінені на аніони OH-. Якщо всі молекули були замінені на OH-, потім отримали б комплекс негативного заряду і октаедричної структури [Cr (OH)]6]3-. Заряд -3 є результатом шести негативних зарядів OH-. Гідроксиди можна розглядати як "гідратовані оксиди". Однак у них "вода" знаходиться в безпосередньому контакті з М+; при цьому в гідратованих оксидах MO · nH2Або молекули води є частиною зовнішньої координаційної сфери (вони не близькі до металу). Зазначені молекули води можуть бути екстраговані за допомогою нагрівання зразка гідроксиду: M (OH)2 + Q (тепло) => MO + H2O MO являє собою оксид металу, утворений в результаті дегідратації гідроксиду. Прикладом такої реакції є той, який спостерігається при дегідратації гідроксиду міді, Cu (OH)2: Cu (OH)2 (синій) + Q => CuO (чорний) + H2O Який правильний спосіб згадати гідроксиди? Для цієї мети IUPAC запропонував три номенклатури: традиційні, запасні та систематичні. Правильно використовувати будь-який з трьох, однак для деяких гідроксидів може бути зручніше або практичніше згадати його так чи інакше.. Традиційна номенклатура полягає просто в додаванні суфікса -ico до найвищої валентності, яку представляє метал; і суфікс -oso до найнижчого. Так, наприклад, якщо метал M має валентності +3 і +1, гідроксид M (OH) \ t3 це буде називатися гідроксид (назва металу)ico, при цьому гідроксид МОЗ (назва металу)ведмідь. Щоб визначити валентність металу в гідроксиді, досить спостерігати за числом після OH, укладених в дужки. Таким чином, M (OH)5 означає, що метал має заряд або валентність +5. Головним недоліком цієї номенклатури є те, що вона може бути складною для металів з більш ніж двома станами окислення (як з хромом і марганцем). Для таких випадків гіпер- і гіпо-префікси використовуються для позначення найвищих і найнижчих валентностей.. Таким чином, якщо М замість того, щоб мати тільки валентності +3 і +1, то воно також має +4 і +2, тоді як назви його гідроксидів вищих і нижчих валентностей є: гідроксид гіпер(назва металу)ico, і гідроксид гіпо(назва металу)ведмідь. З усіх номенклатур це найпростіше. Тут назву гідроксиду слідує просто валентність металу, укладена в дужки і написана римськими цифрами. Знову для M (OH)5, наприклад, його номенклатурою запасу будуть: гідроксид (назва металу) (V). (V) означає тоді (+5). Нарешті, систематична номенклатура характеризується застосуванням префіксів мультиплікатора (ді-, три-, тетра-, пента-, гекса- і т.д.). Ці префікси використовуються для визначення кількості атомів металу і іонів OH-. Таким чином, M (OH)5 Він називається: pentahydroxide (назва металу). У випадку Hg2(OH)2, наприклад, дигідроксид димеркурия; один з гідроксидів, хімічна структура яких складний на перший погляд. Деякі приклади гідроксидів та їх відповідних номенклатур є наступними: -NaOH (гідроксид натрію) -Ca (OH) 2 (гідроксид кальцію) -Fe (OH)3. (Гідроксид заліза; гідроксид заліза (III); або тригідроксид заліза -V (OH)5 (Pervanadic гідроксид; гідроксид ванадію (V); або пентагідроксид ванадію). -Sn (OH)4 (Статичний гідроксид; гідроксид олова (IV); або тетрагідроксид олова. -Ba (OH)2 (Гідроксид барію або дигідроксид барію). -Mn (OH)6 (Гідроксид марганцю, гідроксид марганцю (VI) або гексагідроксид марганцю). -AgOH (гідроксид срібла, гідроксид срібла або гідроксид срібла). Зауважимо, що для цієї сполуки не існує різниці між запасами та систематичними номенклатурами. -Pb (OH)4 (Гідроксид Плумбіко, гідроксид свинцю (IV) або тетрагідроксид свинцю. -LiOP (гідроксид літію). -Cd (OH) 2 (гідроксид кадмію) -Ba (OH)2 (Гідроксид барію -Гідроксид хромуAnfoterismo
Структури
Реакція дегідратації
Номенклатура
Традиційний
Запас
Систематика
Приклади гідроксидів
Список літератури